根據愛因斯坦質能方程,質量相同則能量相同,那1公斤杯子和1公斤白菜的能量一樣嗎?

Parry62


有點小插曲,請耐心看完。下面是原文:

首先糾正一個字,“柸”字應該是“鈈”字。因為柸同杯,是杯子的意思,


而“鈈”是人工放射性同位素,是同鈾一樣的核裂變材料,能放出巨大的能量。它還具有超高輻射能,常用來做同位素溫差發電機即核電池的燃料,這次我國發射的嫦娥四號著陸器和巡視器上都安裝這種核電池,

同位素溫差核電池

利用鈈元素衰變輻射的熱量幫助嫦娥四號度過漫長的月夜,零下180℃的月球黑夜,如果沒有核電池,探測器的儀器都會凍壞。

玉兔二號月球車

從以上敘述可以看出,題主的意思應該是能產生巨大能量的“鈈”字。所以正確的題目應該是“根據愛因斯坦的質能方程,質量相同則能量相同,那1公斤的鈈和1公斤白菜能量一樣嗎?”

愛因斯坦的質能轉化方程式E=mC²說的是物質的質量和能量是可以互相轉化的,且符合這個關係式。不錯,能量和質量是物質的兩種表現形式,但大多時又是一體兩面,即同時共存,兩者仍然滿足這個關係式。根據這個質能方程E=mC²(E為物質的總能量,m為物質的質量,C為光速常數)可知,物質所含的總能量只跟質量有關:相同質量的物質,它們的總能量也是相同的。所以1公斤鈈和1公斤白菜總能量是一樣的。注意這裡說的是物質所含總能量,不是物質在一定條件下能放出的能量。不同的物質能夠放出的能量是不同的。作為核材料的鈈不管是核裂變還是衰變,產生的質量虧損全部轉化為能量,放出的能量可以用E=△mC²(△m為虧損質量)計算。鈈的裂變損失質量百分比為0.096,合計96克,1公斤鈈完全裂變放出的能量相當於20000噸當量TNT。而1公斤白菜即使是曬乾的白菜燒火放出的熱量盡多夠做一頓飯的。


白菜在常規條件下不能發生裂變或聚變放出能量,只能發生化學反應釋放熱量,剩餘的能量仍然貯存在灰燼中或蒸發散逸了,再也無法收集或釋放。這和煤炭燃燒後剩下大量煤灰渣道理是一樣的,煤的能量仍然存在煤渣裡無法再釋放。

令人可笑的是,剛寫到這裡要發佈,題目忽然變了,“柸”字真變成“杯子”了,前面寫的豈不白寫了?仔細一想,覺得也沒關係,無論是“柸”、“鈈”,還是“杯子”都是一樣的,都滿足質能關係式,1公斤它們和1公斤白菜的總能量是一樣的,只不過杯子在常規條件下放不出熱量,連白菜也不如。


物原愛牛毛1


確實是一樣的。愛因斯坦的質能方程表明,物體所蘊含的能量與其質量成正比,比例係數為光速平方。有多少質量,就會包含多少能量,這與物質的組成無關。不管是1公斤的杯子,還是1公斤的白菜,或者是1公斤的水,它們都蘊含著完全相同的能量,其大小約為9×10^16焦耳。這個能量極其巨大,其當量相當於2140萬噸TNT,或者1000枚投向廣島的原子彈。可見,每個人本身都擁有滿滿的能量。

儘管如此,我們知道,杯子、白菜或者水都沒有危險性,它們並不會隨意釋放出自身所具有的巨大能量。就人類目前已知的情況來看,只有一種方法能讓普通物質完全轉化成能量,那就是讓它們與反物質發生湮滅反應。普通物質都是由質子、中子(除了氫之外)和電子組成,而反物質是由反質子、反中子(除了反氫之外)和正電子組成。反物質除了質量與正物質相等之外,其他所帶電荷、自旋等物理學參數都與正物質相反。正反物質一旦接觸在一起,就會完全湮滅掉,所有的質量全都轉變成能量。

在宇宙中,質量轉化成能量的反應很常見,只不過不是通過正反物質湮滅的方式,而是通過核聚變反應的方式。恆星的內部可以把四個氫原子核結合成一個氦原子核,該過程會有質量損失,這些質量就會轉變成主要以伽馬射線為形式的能量,所以像太陽這樣的恆星可以發光發熱。不過,恆星的氫核聚變的質能轉化效率比正反物質湮滅低得多,只有0.7%。

從質能方程中還可以看出,質量和能量的轉化不具有方向性,這意味著純能量也能轉變成物質。根據目前的標準宇宙模型,無論是杯子、白菜或者水,宇宙中的所有物質都是來自於138億年前宇宙創生之時的純能量。


火星一號


答:準確地說,任何1千克靜止質量的物體,100%轉化為能量都是相等的。


但是要把普通物質轉化為能量非常難,目前人類能做到的就是核聚變與核裂變,其中核聚變反應發生的質量虧損率約為0.7%;理論上能達到100%質能轉化的,只有正反物質湮滅。

愛因斯坦通過狹義相對論推導出了質能方程,質能方程描述,任何有靜止質量的物體,都蘊含著遠遠高於化學反應的能量,甚至從某種程度上說,質量和能量是統一的。


比如自由質子的質量為1.007276u,自由中子的質量為1.008665u,但是兩者結合成的氘核(2H),質量卻只有2.013553u,其中有0.002388u的質量發生了虧損,並轉化為能量。

如果一個質子和反質子相遇,那麼正反質子就會發生湮滅,然後100%轉化為能量,能量載體為光子、中微子或者其他輕子。

所以,從理論上說,1公斤杯子和一公斤白菜,所包含的相對論能量是相同的,大約是:

E=mc^2=9*10^16焦耳;

相當於307萬噸標準煤釋放的能量,或者2100萬噸TNT當量。


不過普通物質發生常規物理變化或者化學變化,都是原子間的化學鍵或者分子力起作用,能量轉化非常少;要使物質發生原子核層面的變化,難度要大很多。

從本質上說,宇宙中的一切物質,在宇宙大爆炸時都是能量,隨著宇宙溫度的降低,各種粒子才得以形成,各種物質才得以出現;能量並不是蘊含在物質中,而是質量是能量的其中一個屬性,


所以在廣義相對論場方程中,不再使用質量這一物理屬性,而是使用能量和動量來描述物理規律。


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老規矩,先說下答案:理論上完全一樣,但也可能不一樣

質能方程:E=mc²

質能方程是描述質量與能量之間的當量的方程,在我們經典物理學中,“E”和“m”是兩種不同的概念,也就是說能量和質量是兩種完全不同的概念,他們之間沒有確定的當量關係,這也造成了當時的能量概念比較侷限,直到科學巨人——阿爾伯特·愛因斯坦將質能方程提出,在狹義相對論中,質量與能量也有了確定的當量關係,也就是E=mc²。


迴歸正題,根據愛因斯坦的質能方程,一公斤杯子的能量和一公斤白菜的能量完全一樣嗎?一樣,根據愛因斯坦斯坦的質能方程,兩種靜止物體的質量一樣,也就是杯子和白菜的質量都為一公斤,那麼他們的能量是完全一樣的,但是...其實每句話最怕後面這個但是,因為它可能推到前面的全部話語,這次也不例外,但是一個理論上的完美轉化是不大可能的,是對物質和反物質的泯滅,所以實際中質量到能量的轉化是不大可能百分之百的有效。

這也引來了我們這個問題的另一個高潮——質量中非能量的副產品,在我們大多數都情況下,我們這裡就拿杯子和白菜來說,在一公斤的質量下兩者並不是百分百的能量,反而帶有更多的“副產品”,也就是無法轉換成能量的那部分,我們並不能確定杯子和白菜中的能量與“副產品”的比值,所以就帶了我們答案的後半部——可能不同。

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時間史



20世紀初,愛因斯坦狹義相對論中的質能方程為人類指明瞭質量與能量的關係,微小的質量對應巨大的能量的背後是原子核質量虧損在起作用,質量和能量其實是一種東西,所以任何一克物質都具有相同的巨大能量。

一公斤杯子和一公斤白菜的能量是完全一樣的,但是組成白菜和杯子的原子不太容易發生核反應,而核武器就是因為材料容易發生核反應才有那麼大的破壞力的,如果人類能把杯子和白菜的質量完全變成能量,那麼一公斤白菜和一公斤杯子的威力將達到近億噸TNT的爆炸威力。




人類很早就發現了質量和能量可以互相轉化,質能方程和放射性原理讓人類在後來製造出了原子彈和氫彈,但威力巨大的氫彈也只能把0.7%的質量完全變成能量,剩下99.3%的質量被浪費掉。

反物質能把100%的質量完全變成能量釋放出來,1克反物質釋放的能量相當於4.3萬噸TNT,因此反物質也一直被人類當做終極能源,只不過現在人工生產反物質的代價太過高昂,而且只能製造原子級別的反物質。


我們的宇宙本身就來自一次質能轉化,138.2億年前宇宙從一個奇點爆炸成今天的宇宙,巨量的能量轉化成了巨量的物質,這些物質構成了恆星和行星,也構成了我們。


宇宙探索未解之迷


主流科學好象都認為,物質可以變能量,能量可以變物質,他們也是這麼理解愛因斯坦質能方程式的。對這種認識,我不敢苟同。個人認為,能量只是物質的一個屬性,並不完全等同於物質,從來就沒有機械能、電能、風能、化學能、核能、潮汷能等等能量,直接變為物質的事實,有人認為太陽能可以直接變為物質,理由是植物的光合作用。這種認識也很片面,葉綠體製造澱粉纖維,的確需要光合作用,可大家別忘了還有二氧化碳和水以及多種礦物質的參與,沒有這些其它物質,僅僅一個光能量,葉子是不可能製造出澱粉的。物質生成必須有能量的參與,是正確的,但是,能量直接變為物質的例子,還沒有,即使是在微觀粒子世界,也沒有聽說那個科學家,用能量生成了粒子,現實世界更無此一例。個人認為,能量只是物質的結合能,物質在聚為個體時,同時聚集能量,又在彌散時,釋放能量,能量與力好有一比,力是物體產生的,誰也不會認為,力就是物體,同樣,能量來自於物質,也不等同於物質。不同的物質,其結合能大小也不一樣,題主所列舉的兩種重量的物質,所含能量肯定不一樣。1公斤炸藥與1公斤鈾所含的能量,更是相差太多了,粒子的結合是核能,題主舉例的兩個物質由化學能即能結合,兩種結合能不在一個層次,即使是同為化合物,不同化合物的化合能量大小也不同。因此,本人相信,物質含有能量,但能量不等同於物質。一點淺見,歡迎閱者提出高見。


長眉1958


純理論分析,不要說杯子和白菜,任何質量相同的物質都可以轉化為相同的能量,因為質量能量本質上確實是同一種東西!

這一點在宇宙大爆炸的那一刻就註定了!因為宇宙大爆炸發生後的宇宙初期,宇宙裡沒有任何物質,全部都是以能量的形式存在。在宇宙逐漸冷卻之後,開始形成了最基本的粒子,然後是構造更加複雜的各種物質!

所以本質上,你我今天所見到的任何物質都是一樣的,追根溯源都來自於宇宙大爆炸之初的能量!

不過現實中,我們很難把一種物質全部轉化為能量,比如說核聚變的過程只有0.7%的物質轉化為能量,所以要想把杯子和白菜(或者其他物質)轉化為能量簡直是不可能的!

而理論上物質與反物質轉化為能量的效率可以達到100%,而且幾乎不用什麼技術,只要讓物質反物質相遇就可以轉化為能量,不過轉化的能量非常巨大,這種能量被認為可以成為未來人類星際旅行的能量來源!


宇宙探索


根據愛因斯坦質能方程,質量相同則能量相同,那1公斤杯子和1公斤白菜的能量一樣嗎?

質能方程並不挑食,並沒有規定必須是氫元素或者鈾元素,對於計算公式而言是沒有任何區別的,只要有合適的條件,比如與之湮滅的反物質,那麼兩者釋放出的能量是完全一樣的!

但很可惜愛因斯坦當初確實沒有說明不能計算什麼...所以現在各位隨便亂用就不能怪大家了,而事實上也如此,質能方程僅僅只規定了質量,但問題也隨之而來,怎麼實現?畢竟沒有比較好的手段讓玻璃杯或者白菜的物質進行聚變,玻璃杯的成分比如石英玻璃就只有二氧化硅比較單純,氧和硅的的聚變條件如下:

氧元素在1.4個太陽質量的恆星中溫度達到8×10^8K時聚變,而硅元素就比較高了,需要在20個太陽質量的天體中內核溫度達到3×10^9K時聚變!看起來還是白菜比較簡單一點,只有氫元素、碳元素和氧元素,只要1.4個太陽質量的恆星即可搞定!

從氫元素往後的元素,聚變能量比還是會逐步降低,假如從聚變的角度來看,似乎一顆白菜的能量更大一些,因為它的含水率很高,並且氫元素佔比極大!但無論是那個聚變後會留下渣渣,並不能徹底利用!

但假如從物質與反物質湮滅的角度來看,因為不存在剩餘質量,而是徹底湮滅的,因此兩者就沒有差距了,無論怎麼計算兩者的能量都是一致的!

也可以簡單計算下,1g反物質湮滅的能量相當於4萬噸TNT,那麼1KG物質與1KG反物質湮滅的能量就是4000萬噸TNT,而這之中白菜或者玻璃杯的能量只佔一半!那麼毫無疑問是2000萬噸!


星辰大海路上的種花家


按照愛因斯坦的質能方程E=mc平方來看,物體包含能量的大小隻和自身質量相關,不要說一公斤杯子和一公斤白菜了,就算是一噸核彈與一噸白菜,它們所包含的能量都是相等的,區別只是能量釋放的難易度不同。

比如說題目中舉的杯子和白菜,一公斤的質量,它們包含的能量是9×10^16焦耳,相當於2150萬噸TNT當量,這個威力相當於沙皇炸彈的43%(沙皇炸彈,人類引爆的最強氫彈,5000萬TNT當量),但沙皇炸彈的總重是27噸,這是因為核聚變質能轉化效率較低所致。而方才假設的是杯子和白菜都是100%反應,這也只有正反物質湮滅能夠達到了。

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賽先生科普


E=mc^2,質量與能量固定的比例關係,△E = △mc^2。

所以,具有相同的質量,那麼能量就一樣,質量本來就是能量的量度,根據題意,1公斤的杯子與一公斤的白菜,它們在相對靜止時,包含的能量是相同的,要強調相對靜止,如果白菜相對杯子來說是飛著的,那麼1公斤的白菜能量就高了,因為總能量等於靜止能量+動能。

這些都是在理想情況下討論的,在現實中,除了正反物質湮滅是質量能量轉化100%,其它的比如核裂變、核聚變都低得可憐。核聚變比核裂變稍高一些,核聚變也才0.7%的質量虧損率,也就是說在核聚變過程中,只有0.7%的質量轉化為了能量,剩餘的構成了其它原子核。

個人淺見,歡迎評論!


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